(57)【要約】【課題】光学画像の処理を適切に行う。【解決手段】複数の受光素子で光学画像のサンプリングを行うイメージセンサユニットであって、１つの前記受光素子において、前記光学画像の単位画素のサンプリングを１周期毎に行うための画素クロックの周波数を、第１の周波数としたとき、１つを越える所定数の前記受光素子において、前記光学画像の各単位画素を、前記第１の周波数の当該所定数倍となる第２の周波数の前記画素クロックによってサンプリングを行う。【選択図】    図２
2006352372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光素子で光学画像のサンプリングを行うイメージセンサユニットであって、
１つの前記受光素子において前記光学画像の単位画素のサンプリングを１周期毎に行うための画素クロックの周波数を第１の周波数としたとき、
１つを越える所定数の前記受光素子において、前記光学画像の各単位画素を、前記第１の周波数の当該所定数倍となる第２の周波数の前記画素クロックによってサンプリングを行うこと、を特徴とするイメージセンサユニット。
【請求項２】
前記光学画像の単位画素を前記第２の周波数の画素クロックによってサンプリングを行うことで読み出されるアナログ画像信号をスライスレベルで二値化する二値化回路と、
前記二値化回路の二値化出力を積分して前記スライスレベルとして前記二値化回路へと供給する積分回路と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサユニット。
【請求項３】
前記二値化回路の二値化出力を前記第１の周波数の画素クロックでリサンプリングするリサンプリング回路を有すること、を特徴とする請求項２に記載のイメージセンサユニット。
【請求項４】
前記アナログ画像信号が供給される前記二値化回路の前段部に、当該アナログ画像信号の所定周波数帯域をフィルタリングするアナログフィルタ回路を設けること、を特徴とする請求項２に記載のイメージセンサユニット。
【請求項５】
記録すべきデータを反映した可干渉性のデータビームと、可干渉性の記録用参照ビームと、をホログラム媒体にて干渉させて記録されたホログラムを、前記記録用参照ビームと同一入射角で可干渉性の再生用参照ビームを前記ホログラム媒体へ入射させて得られる光学画像に基づいて再生を行うホログラム再生装置であって、
複数の受光素子で構成され、
１つの前記受光素子において前記光学画像の単位画素のサンプリングを１周期毎に行うための画素クロックの周波数を第１の周波数としたとき、
１つを越える所定数の前記受光素子において、前記光学画像の各単位画素を、前記第１の周波数の当該所定数倍となる第２の周波数の前記画素クロックによってサンプリングを行うイメージセンサユニットを有すること、を特徴とするホログラム再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサユニット及びそれを有したホログラム再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルデータがホログラムとして記録されるホログラム媒体としては、例えばガラス基板で光感受性樹脂（例えば、フォトポリマー）を封止して設けられたものがある。このホログラム媒体にデジタルデータをホログラムとして記録させる場合、まず、レーザー装置からの可干渉性のレーザービームをＰＢＳ（Polarization Beam Splitter）にて２つのレーザービームに分離する。そして、一方のレーザービーム（以下、『参照ビーム』と称する。）と、デジタルデータが二次元配列の二値画像パターン（１：明点、０：暗点）として設定されたＳＬＭ（Spatial Light Modulator；空間光変調器）に対して、他方のレーザービームを照射させることで当該二値画像パターンの情報が反映されたレーザービーム（以下、『データビーム』と称する。）と、をホログラム媒体に対して所定角度で入射させる。この結果、記録すべきデジタルデータがホログラム媒体に記録される。
【０００３】
なお、ホログラム媒体を構成する光感受性樹脂は、有限数のモノマー（Monomer）を有しており、レーザービームのパワーと照射時間の積に応じたエネルギーに基づき、内部の分子構造が化学的に変化する。このとき、モノマーは、単純に、化学的に変化するだけではなく、エネルギー密度の低い領域から高い領域への移動が同時に行われることで、干渉縞としてのホログラムが形成される。すなわち、ホログラム媒体に、デジタルデータに対応したホログラムが記録される。なお、このエネルギー密度の高い領域は、ポリマー（Polymer）と呼ばれ、媒体内部に分子として存在する。また、モノマーの移動量は、エネルギー密度に密接に関係する。図６は、ホログラム媒体中において、モノマーがポリマーへと変化するときの様子を模式的に示す。
【０００４】
また、ホログラム記録させるデジタルデータが大量の場合、媒体への参照ビームの入射角を変えることによって多数のホログラムを形成する、所謂、ホログラム多重記録を行うことが可能である。なお、ホログラム多重記録の場合、一般的に、１多重数分のホログラムはページと称され、所定数のページで構成される複多重数分のホログラムはブックと称される。図７は、ホログラム多重記録の場合におけるブックとページの例を模式的に示した図である。
【０００５】
ホログラム媒体からデジタルデータを再生する場合、当該デジタルデータを示す干渉縞に、当該干渉縞が形成されたときと同じ入射角で参照ビームを入射し、当該干渉縞にて回折された参照ビーム（以下、再生ビームという）を、イメージセンサ等で受光する。なお、イメージセンサ等で受光した再生ビームは、前述した記録の際の二値画像パターンに対応した光学画像である。そして、この光学画像中の各単位画素のデータを、デコーダ等で復号化することで、元のデジタルデータを再現することができる。
【０００６】
なお、このように、ホログラム媒体に対してホログラムの記録再生を行うホログラム記録再生装置としては、例えば、以下の特許文献１の図１に開示される。
【０００７】
ところで、ホログラム再生の場合、イメージセンサにおいて読み出された画像パターン（以下、キャプチャ画像パターン）中の各単位画素は、図８（ａ）に示すように、明点（１）と暗点（０）に完全に分離した２階調の分布にはならない。実際には、キャプチャ画像パターン中の各単位画素は、明点と暗点に限らず、明点と暗点の間の中間濃度を含んだ多階調となるので、図８（ｂ）に示すように、明点（１）と暗点（０）がオーバーラップした分布となる。
【０００８】
このため、一定のスライスレベルを用いて明点（１）と暗点（０）に分離させた場合、オーバーラップした範囲では、明点（１）と暗点（０）を誤判定する恐れがある。そこで、多諧調の光学画像をそのまま取り込み、その多階調の光学画像の各単位画素をイメージプロセス的な手法を用いてデジタル画像処理を施した後に、明点（１）と暗点（０）の分離、すなわち二値化を行う必要がある。図９は、この場合における、従来の画像処理システムの構成を示したものである。なお、図９と同様な従来構成としては、例えば、以下に示す特許文献２の図５に開示される。
【０００９】
イメージセンサ１０１から例えば１ライン毎に読み出されたアナログ画像信号Ａは、多階調の情報を持ちつつ、ＡＤＣ１０２へと供給される。ＡＤＣ１０２は、アナログ画像信号Ａの多諧調の情報を残しておくために、アナログ画像信号Ａをその多階調に応じた複数ビットのデジタル信号へと変換した後、イメージプロセッサ１０３へと供給する。なお、この変換されたデジタル信号の各データは、一旦、バッファメモリ１０４に格納される。
【００１０】
イメージプロセッサ１０３は、バッファメモリ１０４に格納された多階調の情報を有したデジタル信号に対して、ノイズ除去やピクセルマッチング等の所定のデジタル画像処理を施した後、二値化回路１０５へと供給する。二値化回路１０５は、所定の画像処理後のデジタル信号を、レジスタ１０６等より供給されるスライスレベルをもとに、明点（１）と暗点（０）に二値化されたデジタル画像信号Ｄへと変換出力する。
【特許文献１】特開２００４−１７７９５８号公報
【特許文献２】特開平６−１２５４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
イメージセンサで読み出された多階調データをそのまま取り扱う従来の画像処理システムでは、例えば、図９に示す例において、イメージセンサ１０１の解像度を“１２８０ビット×１２８０ビット”とし、ＡＤＣ１０２の量子化数を“８ビット”としたとき、イメージプロセッサ１０３が取り扱うビット数は、“１３，１０７，２００（＝１２８０×１２８０×８）ビット”であり、膨大なデータ量となる。  
このため、イメージセンサ１０１は、自身の処理のために大容量のバッファメモリ１０４を設けておく必要がある。さらに、スループットの向上化を図るべく、パイプライン処理やインタリーブ処理の仕組みを採用する場合、さらに、大容量のバッファメモリ１０４が必要となる。
【００１２】
しかしながら、ＡＤＣ１０２の量子化数“８ビット”のうち、現実的に必要とするデータは、明点（１）と暗点（０）の“１ビット”分のデータのみであり、残りの“７ビット”は冗長なデータである。このように、バッファメモリ１０４としては大容量なものが必要となるが、最終的に必要なビット数は“１ビット”であるため、バッファメモリ１０４の使用効率は非常に低いものとなり無駄が多かった。  
このように、イメージセンサで読み出された多階調データをそのまま取り扱う従来の画像処理システムでは、例えば、図９に示すイメージセンサ１０１と二値化回路１０５の間で処理すべきデータ量が膨大となり、それに伴って、無駄の多い回路規模の増大化や高速化困難等といった問題が生じていた。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述した課題を解決するための主たる本発明は、複数の受光素子で光学画像のサンプリングを行うイメージセンサユニットであって、１つの前記受光素子において、前記光学画像の単位画素のサンプリングを１周期毎に行うための画素クロックの周波数を、第１の周波数としたとき、１つを越える所定数の前記受光素子において、前記光学画像の各単位画素を、前記第１の周波数の当該所定数倍となる第２の周波数の前記画素クロックによってサンプリングを行うこと、とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光学画像の処理を適切に行うことが可能なイメージセンサユニット及びそれを有したホログラム再生装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜ホログラム再生装置の全体構成＞
図１をもとに、本発明の一実施形態に係るホログラム再生装置の構成について説明する。  
レーザー装置１０は、時間的コヒーレンス、空間的コヒーレンスに優れた可干渉性のレーザービームを出射する。例えば、ヘリウムネオンレーザー、アルゴンネオンレーザー、ヘリウムカドミウムレーザー、半導体レーザー、色素レーザー、ルビーレーザー等が採用される。  
ＣＰＵ１は、ホログラム再生装置全体を統括制御するものである。例えば、ＣＰＵ１は、ホログラム再生開始の際、ガルボミラー制御部１７、イメージセンサ制御部２８、デコーダ３０等を起動させるための各種指示信号を送信する。
【００１６】
ガルボミラー１６は、レーザー装置１０から出射されたレーザービームを反射する。ガルボミラー制御部１７は、ＣＰＵ１からの指示信号に基づいて、ガルボミラー１６にて反射されたレーザービーム（以下、参照ビーム）がスキャナレンズ２０を介してホログラム媒体２２へと入射される角度を調整すべく、ガルボミラー１６の傾き角を調整する。なお、ホログラム再生時のガルボミラー１６の傾き角は、ホログラム記録時の参照ビームと同一入射角で当該参照ビームをホログラムに入射させるべく調整される。  
スキャナレンズ２０は、ガルボミラー１６からの参照ビームを、ホログラム媒体２２に確実に照射させるべく当該参照ビームを屈折させる。
【００１７】
ホログラム媒体２２は、デジタルデータをホログラムとして記憶可能な光感受性樹脂（例えば、フォトポリマー・銀塩乳剤・重クロム酸ゼラチン・フォトレジスト等）が用いられ、当該光感受性樹脂をガラス基板で封止して構成される。このようなホログラム媒体２２に対して、ＳＬＭ等によって設定された二次元配列の二値画像パターン（１：明点、０：暗点）の情報が反映された可干渉性のデータビームと、同じく可干渉性の参照ビームとを、所定の入射角で入射／干渉させることで、前述の二値画像パターンに応じたホログラムがホログラム媒体２２中に記録される。
【００１８】
フーリエ変換レンズ２６は、ホログラム再生時において、ホログラム媒体２２に参照ビームが入射された際に、ホログラム媒体２２に記録されたホログラムによって回折されたビーム（以下、再生ビームという）が入射される。なお、ホログラム再生時の参照ビームの入射角は、その再生対象となるホログラム記録時の参照ビームの入射角と同一であることが要求される。そして、フーリエ変換レンズ２６は、逆フーリエ変換が施された再生ビームを、イメージセンサユニット２７へと出射する。
【００１９】
イメージセンサユニット２７は、本発明に係る『イメージセンサユニット』に該当する。イメージセンサユニット２７は、フーリエ変換レンズ２６において逆フーリエ変換された再生ビームを、後述のイメージセンサアレイ２７１において、多階調の明暗（濃淡）レベル情報を含んだアナログ量の多値画像パターンとして受光する。イメージセンサ２７は、イメージセンサ制御部２８を介したＣＰＵ１からの適宜なタイミングでのキャプチャ指令に基づき、その受光した多値画像パターンの明暗（濃淡）レベルを、電気信号の強弱レベルへ変換して読み込みを行う。以下では、この読み込まれたアナログ量の画像パターンのことを「キャプチャ画像パターン」と称する。更に、イメージセンサユニット２７は、このキャプチャ画像パターンを、明点（１）と暗点（０）に二値化した二値画像パターンへと変換する。この二値画像パターンは、ホログラム記録の際の二値画像パターンを再現したものである。
【００２０】
デコーダ３０は、イメージセンサユニット２７から最終的な二値画像パターンに応じたデジタル画像信号Ｄが供給される。デコーダ３０は、このデジタル画像信号Ｄに対して誤り訂正等の復号化処理を行う。この復号化処理後のデジタル画像信号Ｄである再生信号Ｒが、外部のホストコンピュータ等へ出力される。
【００２１】
＜イメージセンサユニットの構成ならびに動作＞
本発明に係るイメージセンサユニット２７の構成ならびに動作を、図３、図４、図５を適宜参照しつつ、図２をもとに説明する。
【００２２】
イメージセンサアレイ２７１は、例えば、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等であり、複数の受光素子を二次元配置して構成される。図３は、ＣＣＤセンサの場合のイメージセンサアレイ２７１の一般的な構成を示すものである。  
図３において、イメージセンサアレイ２７１の所定解像度に応じた複数の受光素子２７１１が二次元配置されており、各受光素子２７１１に入射された光は、信号電荷に変換される。そして、各受光素子２７１１の信号電荷が、画素クロックＰＣの周波数に応じたタイミングで、垂直レジスタ２７１２、水平レジスタ２７１３の順に転送（サンプリング）される。また、水平レジスタ２７１３の出力の後段部に接続された電荷電圧変換回路２７１４において転送された信号電荷が電圧信号に変換された後、アンプ２７１５を介して増幅された当該電圧信号（以下、アナログ画像信号Ａと称する）が出力される。
【００２３】
ところで、従来の場合、１つの受光素子２７１１では、画素クロックＰＣの一周期毎に、１つの受光素子２７１１において光学画像の各単位画素のサンプリングが行われる。すなわち、従来の場合、光学画像の単位画素に対して、画素クロックＰＣの一周期が対応づけられる。ここで、この場合の画素クロックＰＣの周波数のことを『第１の周波数』と称する。
【００２４】
一方、本実施形態の場合、イメージセンサアレイ２７１において読み出されたアナログ画像信号Ａに対して、高精度なアナログフィルタ処理ならびに速やかな二値化を実施すべく、光学画像の各単位画素を、１つを越える所定数の受光素子２７１１において、前述の第１の周波数の当該所定数倍となる周波数（以下、『第２の周波数』と称する）の画素クロックＰＣによってサンプリングを行う。なお、第２の周波数の画素クロックＰＣは、タイミング発生回路２７６において生成され、イメージセンサアレイ２７１へと供給される。すなわち、本実施形態の場合、光学画像の単位画素に対して、第２の周波数に応じた画素クロックＰＣの複数周期が対応づけられる。
【００２５】
図３に示した例では、光学画像の単位画素Ａ〜Ｄは、“２×２”の合計４つの受光素子２７１１でサンプリングされるため、第２の周波数は第１の周波数の“２倍”に設定することになる。なお、第２の周波数は第１の周波数の“２倍”に限定する必要はなく、例えば、イメージセンサアレイ２７１の所定解像度の約２倍の解像度を得ることが可能な“７／５倍”を採用できる。
【００２６】
このように、光学画像の各単位画素を第２の周波数の画素クロックＰＣによってサンプリングすることで、例えば、各単位画素の境界データの影響が低減され、また、量子化歪みの影響を抑制でき、この結果、明点（１）と暗点（０）の分離、すなわちアナログ画像信号Ａの二値化を適切に行うことが可能となる。
【００２７】
ＢＰＦ（Band Pass Filter）２７２は、アナログ画像信号Ａが供給される二値化回路２７３の前段部に設けられ、アナログ画像信号Ａの所定周波数帯域をフィルタリングするアナログフィルタ回路である。詳述すると、ＢＰＦ２７２は、アナログ画像信号Ａから、第２の周波数の以外のノイズ成分をフィルタリングするノイズフィルタとして機能する。さらに、ＢＰＦ２７２は、第２の周波数が所謂ナイキスト周波数を超える場合、その高域成分をカットオフするアンチエイリアスフィルタとしても機能する。このように、ＢＰＦ２７２のようなアナログフィルタ回路を設けることによって、アナログ画像信号Ａの二値化をより適切に行うことが可能となる。
【００２８】
二値化回路２７３は、光学画像の各単位画素を第２の周波数の画素クロックＰＣによってサンプリングを行うことで読み出されるアナログ画像信号ＡをスライスレベルＳで二値化するものである。  
ＬＰＦ（Low Pass Filter）２７４は、二値化回路２７３の二値化出力Ｃを積分し、その積分結果をスライスレベルＳとして二値化回路２７３へと供給する積分回路に相当するものである。
【００２９】
すなわち、隣接した複数の受光素子２７１１で光学画像のサンプリングが行われた結果として生成されるアナログ画像信号Ａのレベルは、現実的に、時定数の大きい、緩やかなＡＣ的な変化を示すと見なせるので、アナログ画像信号Ａの中間レベルをスライスレベルＳとして採用すべく、当該中間レベルに相当する二値化出力Ｃの積分結果を、二値化回路２７３のスライスレベルＳとして採用した。この結果、スライスレベルＳを常時一定とした場合や複数のスライスレベルを段階的に切り替える場合と比較して、アナログ画像信号ＡのＡＣ的な変化に追従することができ、適切な二値化が行われる可能性が高くなる。また、二値化出力Ｃの積分結果をスライスレベルＳとして採用することで、明点（１）と暗点（０）をその適正な境界で分離させる可能性が高くなる。
【００３０】
リサンプリング回路２７５は、分周回路２７５１を有する。分周回路２７５１は、タイミング生成回路２７６から供給された第２の周波数の画素クロックＰＣを、第１の周波数の画素クロックＰＣへと変換する。そして、リサンプリング回路２７５は、二値化回路２７３の二値化出力Ｃを、分周回路２７５１で生成された第１の周波数の画素クロックＰＣでリサンプリングして、このリサンプリング結果をデジタル画像信号Ｄとして出力する。すなわち、リサンプリング回路２７５は、第２の周波数分のデータを、第１の周波数分のデータへと圧縮するとともに、第１の画素クロックＰＣのエッジに同期させることでパルス整形を行う。なお、タイミング生成回路２７６において第１の周波数の画素クロックＰＣを生成してリサンプリング回路２７５へと供給してもよい。この場合、リサンプリング回路２７５に分周回路２７５１を設ける必要はない。
【００３１】
図４は、本発明に係るイメージセンサユニット２７の主要信号の波形例を示す図である。なお、図４に示す例は、光学画像の単位画素に対して２周期分の画素クロックＰＣが対応づけられた場合である。（ａ）は、第２の周波数の画素クロックの波形を示し、（ｂ）は二値化回路２７３へと入力されるＢＰＦ２７２の出力Ｂ及びスライスレベルＳの波形を示し、（ｃ）は二値化回路２７３の二値化出力Ｃの波形を示し、（ｄ）はリサンプリング回路２７５において生成される第１の周波数の画素クロックに相当したリサンプリングクロックＲＳＣの波形を示し、（ｄ）はリサンプリング回路２７５から出力されるデジタル画像信号Ｄの波形を示す。
【００３２】
ＢＰＦ２７２の出力ＢはＡＣ的な振る舞いを示し、スライスレベルＳは、このＢＰＦ２７２の出力Ｂの中間レベルに略追従する（図４（ｂ）参照）。よって、二値化出力ＣはＢＰＦ２７２の出力Ｂの現実的な変化に即して明点（１）と暗点（０）に二値化される（図４（ｃ）参照）。そして、リサンプリングクロックＲＳＣの第１の周波数は、画素クロックＰＣの第２の周波数の“１／２倍”であり（図４（ａ）、（ｄ）参照）、二値化出力Ｃの明点（１）と暗点（０）の状態変化を取りこぼす恐れはない（図４（ｃ）、（ｄ）参照）。この結果、二値化出力Ｃは、適正なデジタル画像信号Ｄへと補正される（図４（ｃ）、（ｅ）参照）。
【００３３】
図５は、本発明に係るイメージセンサユニット２７が取り扱う各種画像パターンを示す図である。  
イメージセンサアレイ２７１は、ホログラム媒体２２からの再生ビームを、夫々多階調の情報を有した、“ｍピクセル×ｍピクセル”の多値画像パターンとして受光する。なお、イメージセンサアレイ２７１は、当該多値画像パターンに対して、例えば、“２ｍピクセル×２ｍピクセル”の受光素子２７１１が二次元配置される。すなわち、イメージセンサアレイ２７１で読み込まれるキャプチャ画像パターンは、多値画像パターンの各単位画素を、４つの受光素子２７１１で受光生成される。  
イメージセンサユニット２７は、前述した処理によって、キャプチャ画像パターン中の各単位画素を明点（１）と暗点（０）に分離させる。この結果、イメージセンサユニット２７は、“ｍピクセル×ｍピクセル”の多値画像パターンに対応した、“ｍピクセル×ｍピクセル”の二値画像パターンを最終的に生成する。
【００３４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係るホログラム再生装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るイメージセンサユニットの構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るイメージセンサアレイの構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るイメージセンサユニットの主要信号の波形例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るイメージセンサユニットが取り扱う各種画像パターンを示す図である。
【図６】ホログラム媒体中においてモノマーがポリマーへと変化するときの様子を模式的に示した図である。
【図７】ホログラム媒体の記録フォーマットを説明する図である。
【図８】（ａ）は理想的なホログラム再生時の出現データ分布を示し、（ｂ）は現実的なホログラム再生時の出現データ分布を示す図である。
【図９】従来の画像処理システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      ＣＰＵ
１０    レーザー装置                １６    ガルボミラー
１７    ガルボミラー制御部          ２０    スキャナレンズ
２２    ホログラム媒体              ２６    フーリエ変換レンズ
２７    イメージセンサユニット
２７１  イメージセンサアレイ        ２７１１  受光素子
２７１２  垂直レジスタ              ２７１３  水平レジスタ
２７１４  電荷電圧変換回路          ２７１５  アンプ
２７２  ＢＰＦ                      ２７３  二値化回路
２７４  ＬＰＦ                      ２７５  リサンプリング回路
２７５１  分周回路                  ２７６  タイミング生成回路
２８    イメージセンサ制御部        ３０    デコーダ
１０１  イメージセンサ              １０２  ＡＤＣ
１０３  イメージプロセッサ          １０４  バッファメモリ
１０５  二値化回路                  １０６  レジスタ
【図１】
2006352372.tif 000003
【図２】
2006352372.tif 000004
【図３】
2006352372.tif 000005
【図４】
2006352372.tif 000006
【図５】
2006352372.tif 000007
【図７】
2006352372.tif 000008
【図８】
2006352372.tif 000009
【図９】
2006352372.tif 000010
【図６】
2006352372.tif 000011